Természetes cirkulációjú fűtési rendszer: elterjedt vízkör-sémák

A gravitációs típusú önálló fűtési hálózat építését akkor választják, ha nem célszerű, sőt néha lehetetlen keringető szivattyút telepíteni vagy központi áramellátáshoz csatlakozni.

Az ilyen rendszer olcsóbban kiépíthető, és teljesen független az áramtól. Azonban a működőképessége nagymértékben függ a tervezés pontosságától.

Ahhoz, hogy a természetes keringésű fűtési rendszer zavartalanul működjön, ki kell számítani a paramétereit, helyesen kell telepíteni az alkatrészeket, és megfelelően kell kiválasztani a vízkör sémáját. Segítünk ezeknek a kérdéseknek a megoldásában.

Leírtuk a gravitációs rendszer működésének fő elveit, tanácsokat adtunk a csővezeték kiválasztásához, megjelöltük a kör összeszerelésének és a munkacsomópontok elhelyezésének szabályait. Külön figyelmet szenteltünk az egy- és kétcsöves fűtési sémák tervezési és működési sajátosságainak.

A természetes keringés folyamatának elvei

A víz mozgásának folyamata a fűtési körben keringető szivattyú alkalmazása nélkül természetes fizikai törvények következtében történik.

E folyamatok természetének megértése lehetővé teszi, hogy hozzáértő módon kidolgozzon egy fűtési rendszer projektet a tipikus és nem szabványos esetekre.

A hidrosztatikus nyomás maximális különbsége

Bármely hőhordozó közeg (víz vagy fagyálló) alapvető fizikai tulajdonsága, amely elősegíti a természetes cirkulációt a körben, az, hogy sűrűsége a hőmérséklet növekedésével csökken.

A forró víz sűrűsége kisebb, mint a hidegé, ezért különbség keletkezik a meleg és a hideg folyadékoszlop hidrosztatikus nyomása között. A hideg víz a hőcserélőhöz áramolva a forró vizet a csőben felfelé nyomja.

A természetes cirkuláció során a víz mozgatóereje a hideg és a meleg folyadékoszlopok közötti hidrosztatikus nyomáskülönbség.

A ház fűtési körét feltételesen több szakaszra oszthatjuk. A “meleg” szakaszokon a víz felfelé, a “hideg” szakaszokon pedig lefelé áramlik. A szakaszok határai a fűtési rendszer legfelső és legalsó pontja.

A természetes cirkulációs rendszer modellezésekor a fő feladat a lehető legnagyobb nyomáskülönbség elérése a “meleg” és a “hideg” szakaszok folyadékoszlopai között.

A természetes cirkulációs vízkör klasszikus eleme a gyorsító kollektor (fő felszálló vezeték) – egy függőleges cső, amely a hőcserélőtől felfelé indul.

A gyorsító kollektornak maximális hőmérsékletűnek kell lennie, ezért teljes hosszában szigetelik. Ha a kollektor magassága nem jelentős (például egyemeletes házaknál), a szigetelés elhagyható, mivel a víz nem hűl le időközben.

Általában a rendszert úgy tervezik, hogy a gyorsító kollektor felső pontja egybeessen a teljes kör felső pontjával. Itt helyezik el a nyitott tágulási tartály kivezetését vagy egy légtelenítő szelepet, ha membrános tartályt használnak.

Ekkor a kör “meleg” szakaszának hossza a lehető legkisebbre csökken, ami csökkenti a hőveszteséget ezen a szakaszon.

Az is kívánatos, hogy a kör “meleg” szakasza ne kapcsolódjon hosszú, lehűlt hőhordozót szállító szakaszhoz. Ideális esetben a vízkör legalacsonyabb pontja egybeesik a fűtőberendezésbe helyezett hőcserélő legalsó pontjával.

Minél alacsonyabban helyezkedik el a kazán a fűtési rendszerben, annál kisebb a folyadékoszlop hidrosztatikus nyomása a meleg szakaszban.

A vízkör “hideg” szegmensére is vonatkoznak a folyadéknyomást növelő szabályok:

• minél nagyobb a hőveszteség a fűtési hálózat “hideg” szakaszán, annál alacsonyabb a víz hőmérséklete és annál nagyobb a sűrűsége, ezért a természetes keringésű rendszerek működése csak jelentős hőleadás mellett lehetséges;
• minél nagyobb a távolság a kör alsó pontjától a radiátorok csatlakozásáig, annál nagyobb a minimális hőmérsékletű és maximális sűrűségű vízoszlop szakasza.

Az utolsó szabály betartása érdekében a kályhát vagy a kazánt gyakran a ház legalsó pontjára, például a pincébe telepítik. A kazán ilyen elhelyezésével biztosítják a lehető legnagyobb távolságot a radiátorok alsó szintje és a víz hőcserélőbe való belépési pontja között.

A természetes keringésű vízkör alsó és felső pontja közötti magasság azonban nem lehet túl nagy (a gyakorlatban legfeljebb 10 méter). A kályha vagy a kazán csak a hőcserélőt és a gyorsítógyűjtő alsó részét melegíti.

Ha ez a szakasz a teljes vízkör magasságához képest jelentéktelen, akkor a nyomásesés a kör “meleg” szakaszában elhanyagolható lesz, és a keringési folyamat nem indul el.

A természetes keringésű rendszerek használata kétszintes épületekben teljesen indokolt, nagyobb emeletszám esetén azonban keringető szivattyúra lesz szükség.

A vízmozgással szembeni ellenállás minimalizálása

A természetes keringésű rendszer tervezésekor figyelembe kell venni a hőhordozó körben való mozgásának sebességét.

Először is, minél gyorsabb a sebesség, annál gyorsabban megy végbe a hőátadás a “kazán – hőcserélő – vízkör – fűtőradiátorok – helyiség” rendszerben.

Másodszor, minél gyorsabb a folyadék sebessége a hőcserélőn keresztül, annál kisebb a forrásának valószínűsége, ami különösen fontos a kályhafűtésnél.

A rendszerben lévő víz felforrása nagyon drága lehet – a hőcserélő szétszerelésének, javításának és visszaszerelésének költsége sok időt és pénzt igényel.

A kényszerkeringésű fűtési rendszerekben a víz mozgásának sebessége elsősorban a keringető szivattyú paramétereitől függ.

Természetes keringésű vízfűtésnél a sebesség a következő tényezőktől függ:

• nyomáskülönbség a kör szakaszai között annak alsó pontjában;
• hidrodinamikai ellenállás a fűtési rendszerben.

A maximális nyomáskülönbség biztosításának módjait fentebb tárgyaltuk. A valós rendszer hidrodinamikai ellenállása nem számítható ki pontosan a bonyolult matematikai modell és a nagyszámú bemenő adat miatt, amelyek pontosságát nehéz garantálni.

Ennek ellenére vannak olyan általános szabályok, amelyek betartása csökkenti a fűtési kör ellenállását.

A víz áramlási sebességének csökkenését főként a csőfalak ellenállása és a szerelvények vagy elzárószerkezetek okozta szűkületek idézik elő. Kis áramlási sebességnél a falak ellenállása gyakorlatilag elhanyagolható.

Kivételt képeznek a hosszú és vékony csövek, amelyek a padlófűtésre jellemzőek. Általában erre külön, kényszerkeringetésű köröket különítenek el.

A természetes keringetésű körhöz való csőtípusok kiválasztásakor figyelembe kell venni a rendszer szerelésekor fellépő műszaki szűkületeket. Ezért a fém-műanyag csövek használata természetes vízkeringetés esetén nem ajánlott, mivel a szerelvényekkel való összekötésüknél a belső átmérő jelentősen kisebb.

A fém-műanyag csövek szerelvényei kissé szűkítik a belső átmérőt, és komoly akadályt jelentenek a víz útjában gyenge nyomás esetén (+)

A csövek kiválasztásának és szerelésének szabályai

Az acél- vagy polipropilén csövek közötti választás bármilyen keringetés esetén a melegvíz-használat lehetősége, valamint az ár, a szerelés egyszerűsége és az élettartam szempontjai alapján történik.

A tápvezeték felszálló ágát fémcsőből szerelik, mivel ezen keresztül áramlik a legmagasabb hőmérsékletű víz, és kályhafűtés vagy a hőcserélő meghibásodása esetén előfordulhat gőz áthaladása is.

Természetes keringetés esetén kissé nagyobb csőátmérőt kell használni, mint keringető szivattyú alkalmazásakor. Általában 200 négyzetméterig terjedő helyiségek fűtésénél a gyorsítógyűjtő és a visszatérő ág hőcserélőbe való belépő csövének átmérője 2 hüvelyk.

Ezt a víz kisebb sebessége okozza a kényszerkeringetéses változathoz képest, ami a következő problémákhoz vezet:

• A szállított hő mennyiségének csökkenése egységnyi idő alatt a forrástól a fűtött helyiségig;
• Elzáródások vagy légzsákok megjelenése, amelyekkel a kis nyomás nem tud megbirkózni.

Különös figyelmet kell fordítani a levegő rendszerből való eltávolításának problémájára természetes keringetés és alsó tápvezetékes séma használata esetén. A levegő nem távozhat teljesen a hőhordozóból a tágulási tartályon keresztül, mivel a forrásban lévő víz először a náluk alacsonyabban elhelyezkedő vezetéken keresztül jut a készülékekbe.

Kényszerített cirkuláció esetén a víznyomás a rendszer legmagasabb pontjára telepített léggyűjtőhöz – automatikus, kézi vagy félautomatikus vezérlésű berendezéshez – tereli a levegőt. A Majevszkij-csapok segítségével történik elsősorban a hőleadás szabályozása.

A gravitációs fűtési hálózatokban, ahol az előremenő vezeték a radiátorok alatt helyezkedik el, a Majevszkij-csapokat közvetlenül a levegő kiengedésére használják.

Minden modern típusú fűtési radiátoron vannak levegő kiengedésére szolgáló eszközök, ezért a légdugók kialakulásának megakadályozása érdekében a körben lejtést lehet kialakítani, a levegőt a radiátorhoz terelve.

A levegő eltávolítható az egyes felszállóvezetékekre vagy a rendszer fővezetékeivel párhuzamosan futó légvezetékre telepített légtelenítők segítségével is. A levegő elvezetésére szolgáló eszközök jelentős száma miatt az alsó elosztású gravitációs rendszereket rendkívül ritkán alkalmazzák.

Gyenge nyomás esetén egy kis légdugó képes teljesen leállítani a fűtési rendszert. Így az SNiP 41-01-2003 szerint nem megengedett a fűtési rendszerek csővezetékeinek lejtés nélküli fektetése, ha a víz áramlási sebessége kisebb, mint 0,25 m/s.

Természetes cirkuláció esetén ilyen sebességek nem érhetők el. Ezért a csövek átmérőjének növelése mellett állandó lejtéseket kell betartani a levegő eltávolításához a fűtési rendszerből. A lejtést 1 méterenként 2-3 mm-es arányban tervezik, a lakáshálózatokban a dőlésszög eléri az 5 mm-t a vízszintes vonal folyóméterére vetítve.

Az előremenő vezeték lejtését a víz áramlási irányában alakítják ki, hogy a levegő a tágulási tartályhoz vagy a kör legfelső pontján elhelyezkedő légtelenítő rendszerhez áramoljon. Bár lehet ellenlejtést is készíteni, de ebben az esetben szükség van egy további levegőelvezető szelep beépítésére is.

A visszatérő vezeték lejtését általában a lehűlt víz áramlási irányában alakítják ki. Ekkor a kör legalacsonyabb pontja egybeesik a visszatérő cső hőtermelőbe való belépési pontjával.

A leggyakoribb kombinációja az előremenő és visszatérő csövek lejtésirányának a légdugók eltávolítására a természetes cirkulációjú vízkörből.

Kis területű padlófűtés beépítése esetén a természetes cirkulációjú körben el kell kerülni, hogy levegő kerüljön ezen fűtési rendszer keskeny és vízszintesen elhelyezkedő csöveibe. A padlófűtés elé szükséges beépíteni egy levegőelvezető szerkezetet.

Egy- és kétcsöves fűtési sémák

Egy ház természetes vízkeringetésű fűtési rendszerének tervezésekor lehetőség van egy vagy több külön kör tervezésére. Ezek jelentősen eltérhetnek egymástól. Függetlenül a hossztól, a radiátorok számától és egyéb paraméterektől, egycsöves vagy kétcsöves séma szerint készülnek.

Egy vezetéket használó kör

Azt a fűtési rendszert, amely ugyanazt a csövet használja a víz egymás utáni radiátorokhoz való vezetésére, egycsöves rendszernek nevezik. A legegyszerűbb egycsöves változat a fémcsövekkel radiátorok nélkül történő fűtés.

Ez a legolcsóbb és legkevésbé problémás megoldás a ház fűtésére, ha a hőhordozó természetes keringetése mellett döntünk. Az egyetlen jelentős hátránya a terjedelmes csövek kinézete.

A egycsöves séma leggazdaságosabb változatában a radiátorokkal a forró víz sorban áthalad minden egyes eszközön. Itt minimális mennyiségű csőre és elzáró szerelvényre van szükség.

Ahogy a hőhordozó áthalad, lehűl, ezért a későbbi radiátorok hidegebb vizet kapnak, amit figyelembe kell venni a szekciók számának kiszámításakor.

Az egyszerű egycsöves séma (fent) minimális szerelési munkát és befektetést igényel. Az lentebb látható bonyolultabb és költségesebb változat lehetővé teszi a radiátorok leválasztását a teljes rendszer leállítása nélkül.

A fűtőtestek egycsöves hálózathoz való csatlakoztatásának leghatékonyabb módja az átlós változat.

E természetes keringetésű fűtési körséma szerint a forró víz felülről lép be a radiátorba, majd lehűlés után az alul elhelyezkedő csonkon keresztül távozik. Ilyen módon áthaladva a felmelegített víz a maximális hőmennyiséget adja le.

Ha mind a bemenő, mind a kimenő csonk alul csatlakozik a radiátorhoz, a hőleadás jelentősen csökken, mert a felmelegített hőhordozónak a lehető leghosszabb utat kell megtennie. A jelentős lehűlés miatt az ilyen sémákban nem használnak nagy szekciószámú radiátorokat.

A «Leningrádka» jelentős hőveszteséggel jellemezhető, amit figyelembe kell venni a rendszer tervezésekor. Előnye, hogy a bemenő és kimenő csonknál elzáró szelepek használatával a készülékek szelektíven lekapcsolhatók javítás céljából a fűtési ciklus leállítása nélkül (+).

Az ilyen radiátorbekötésű fűtési köröket “Leningrádkának“ nevezik. A megjegyzett hőveszteségek ellenére előnyben részesítik őket lakásfűtési rendszerek kialakításánál, ami a csővezetékek esztétikusabb elrendezésének köszönhető.

Az egycsöves hálózatok jelentős hátránya, hogy az egyik fűtési szakasz nem kapcsolható le anélkül, hogy a víz cirkulációja a teljes körben megszűnne.

Ezért általában a klasszikus séma korszerűsítését alkalmazzák egy “bypass” beépítésével, amely a radiátor elkerülésére szolgál egy kétgolyós csappal vagy háromjáratú csappal ellátott leágazás segítségével. Ez lehetővé teszi a radiátorhoz történő vízellátás szabályozását, akár a teljes lezárásáig is.

Két- és többszintes épületeknél az egycsöves séma változatait alkalmazzák függőleges felszállókkal. Ebben az esetben a melegvíz elosztása egyenletesebb, mint a vízszintes felszállóknál. Ráadásul a függőleges felszállók rövidebbek és jobban illeszkednek a ház belső terébe.

A függőleges elosztású egycsöves sémát sikeresen alkalmazzák kétszintes helyiségek fűtésére természetes cirkulációval. Bemutatásra kerül egy változat, amely lehetővé teszi a felső radiátorok lekapcsolását.

Változat visszatérő cső alkalmazásával

Amikor az egyik csövet a radiátorokhoz történő melegvíz-ellátásra, a másikat pedig a lehűlt víz visszavezetésére a kazánhoz vagy a kályhához használják, ezt a fűtési sémát kétcsövesnek nevezik. Az ilyen rendszert radiátoros fűtés esetén gyakrabban alkalmazzák, mint az egycsöveset.

Ez drágább, mivel egy további cső beépítését igényli, de számos jelentős előnnyel rendelkezik:

• a radiátorokhoz juttatott hőhordozó egyenletesebb hőmérséklet-eloszlása;
• egyszerűbb a számítás a radiátorok paramétereinek a fűtött helyiség területétől és a szükséges hőmérsékleti értékektől való függésére;
• hatékonyabb a hőellátás szabályozása az egyes radiátorokhoz.

A lehűlt víz mozgásának irányától függően a forró vízhez képest a kétcsöves rendszereket párhuzamos és zsákutcás rendszerekre osztják. A párhuzamos sémákban a lehűlt víz mozgása ugyanabban az irányban történik, mint a forróé, ezért a ciklus hossza a teljes körben megegyezik.

A zsákutcás sémákban a lehűlt víz a forró vízzel szemben mozog, ezért a különböző radiátorok esetében a hőhordozó forgási ciklusának hossza eltér. Mivel a rendszerben a sebesség kicsi, a fűtési idő is jelentősen eltérhet. Azok a radiátorok, amelyeknél a víz körforgásának ciklushossza rövidebb, gyorsabban felmelegszenek.

A zsákutcás és a párhuzamos fűtési séma kiválasztásakor elsősorban a visszatérő cső vezetésének kényelmét veszik figyelembe.

Kétféle elrendezése létezik a bekötésnek a fűtőradiátorokhoz viszonyítva: felső és alsó. Felső bekötésnél a meleg vizet szállító cső a fűtőradiátorok felett helyezkedik el, alsó bekötésnél pedig alattuk.

Alsó bekötés esetén a levegő a radiátorokon keresztül távozhat, és nincs szükség a csövek felülről történő vezetésére, ami a helyiség dizájnja szempontjából előnyös.

Azonban gyorsító elosztó nélkül a nyomáskülönbség sokkal kisebb lesz, mint a felső bekötés használata esetén. Ezért a természetes keringés elvén működő helyiségfűtésnél az alsó bekötést gyakorlatilag nem alkalmazzák.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Egy kis ház elektromos kazánon alapuló egycsöves rendszerének szervezése:

Egy szintes faház hosszú égésű szilárd tüzelésű kazánon alapuló kétcsöves rendszerének működése:

A természetes keringés alkalmazása a víz mozgásakor a fűtési körben pontos számításokat és szakmailag hozzáértő szerelési munkákat igényel. E feltételek teljesülése esetén a fűtési rendszer minőségi módon fogja fűteni a magánház helyiségeit, és megkíméli a tulajdonosokat a szivattyú zajától és az elektromos áramtól való függőségtől.

Ha kérdései vannak a témával kapcsolatban, vagy szeretné megosztani személyes tapasztalatait a gravitációs típusú fűtési rendszer szervezésével és üzemeltetésével kapcsolatban, kérjük, hagyjon megjegyzéseket ehhez a cikkhez. A visszajelzési blokk alább található.